ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», Москва, Россия:

Е. Б. Чабина, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: chabinaeb@viam.ru
А. Н. Раевских, аспирант, инженер 2-й категории, эл. почта: raevskih_anton@me.com
Н. В. Петрушин, главный научный сотрудник, докт. техн. наук
А. В. Славин, начальник испытательного центра ВИАМ, докт. техн. наук

Приведены результаты изучения структуры и фазового состояния высокожаропрочного сплава на основе никеля — ЖС32, произведенного по аддитивной технологии селективного лазерного сплавления (СЛС) гранул на монокристаллических подложках с кристаллографическими ориентациями (КГО) <001> и <111>, после различных стадий технологического процесса изготовления и испытаний на длительную прочность. Изучено влияние высокотемпературной гомогенизации, баротермического воздействия (газостатирования), а также имитации условий эксплуатации на формирование и изменение структуры материала. Материал имеет поликристаллическую структуру. Выделения γ'-фазы внутри зерен имеют в основном кубическую форму, но их ориентация и размер неодинаковы в разных зернах. В результате растворения первичных карбидов, расположенных по границам ячеек, в теле зерен образовались дисперсные карбиды. На границах зерен расположены цепочки дискретных частиц — крупных вытянутых карбидов и γ'-фазы. В материале обнаружены агломераты гетерофазного строения, состоящие из крупных частиц γ'-фазы и карбидов, размер которых соизмерим с размером зерен. При испытаниях на длительную прочность при температуре 1050 ^oC на границах зерен образуется сплошная оболочка γ'-фазы, а с увеличением времени действия на образец температуры и напряжения протяженность границ зерен и их разброс по ширине растут. Внутри зерен происходит дополнительное выделение карбидов, в том числе пластинчатой морфологии. Неоднородность структуры поликристаллического ЖНС ЖС32 при одновременном воздействии высокой температуры и напряжения усугубляется.

Работа проведена в развитие научных направлений 2.1 и 10.4 [24].
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 15-19-00164).

1. Глезер Г. М., Качанов Е. Б., Кишкин С. Т. и др. Современные литейные жаропрочные сплавы для лопаток ГТД // Авиационные материалы на рубеже XX–XXI веков : научно-технический сборник. — М. : ВИАМ, 1994. С. 244–252.
2. Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б. и др. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. — М. : Машиностроение, 1997. — 336 с.
3. Каблов Е. Н., Герасимов В. В., Висик Е. М., Демонис И. М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД // Труды ВИАМ. 2013. № 3. Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 02.10.2018).
4. Яковлев Е. И. Перспективные направления развития методов направленной кристаллизации для изготовления лопаток турбин. Часть 1 // Цветные металлы. 2017. № 5. С. 74–79.
5. Бахтеева Н. Д., Виноградова Н. И., Петрова С. Н., Пилюгин В. П. Структура монокристаллов никелевого жаро прочного сплава после пластической деформации и нагрева // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 10. С. 26–29.
6. Каблов Е. Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России : сб. науч.-информ. мат-лов. : 3-е изд. — М. : ВИАМ, 2015. — 720 с.
7. Пат. 2207238 РФ. Способ ремонта лопатки турбины / Каблов Е. Н., Лукин В. И., Ломберг Б. С. и др. ; заявл. 21.02.2002 ; опубл. 27.06.2003.
8. Пат. 2281845 РФ. Способ ремонта поверхностных дефектов изделий ГТД / Лукин В. И., Рыльников В. С., Сидоров А. И.; заявл. 13.01.2005 ; опубл. 20.08.2006.
9. Каблов Е. Н. Настоящее и будущее аддитивных технологий // Металлы Евразии. 2017. № 1. С. 2–6.
10. Rickenbacher L., Etter T., Hövel S., Wegner K. High temperature material properties of IN738LC processed by selective laser melting (SLM) technology // Rapid Prototyping Journal. 2013. Vol 19, No. 4. P. 282–290.
11. Ströner J., Terock M., Glatzel U. Mechanical and structural investigation of nickel-based superalloy IN718 manufactured by selective laser melting (SLM) // Advanced Engineering Materials. 2015. Vol. 17, No. 8. P. 1099–1105.
12. Basak A., Acharya R., Das S. Additive manufacturing of singlecrystal superalloy CMSX-4 through scanning laser epitaxy: computational modeling, experimental process development, and process parameter optimization // Metallurgical and Materials Transactions A. 2016. Vol. 47, No. 8. P. 3845–3859.
13. Смуров И. Ю., Мовчан И. А., Ядройцев И. А. и др. Аддитивное производство с помощью лазера // Вестник МГТУ «Станкин». 2011. Т. 2, № 4. С. 144–146.
14. Григорьев С. Н. Проблемы и перспективы развития отечественного машиностроительного производства // Справочник: инженерный журнал с приложением. 2011. № 12. С. 3–7.
15. Carter L. N., Martin Ch., Withers Ph. J., Attallah M. M. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behavior in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 615. P. 338–347.
16. Петрушин Н. В., Евгенов А. Г., Заводов А. В., Тренинков И. А. Структура и прочность жаропрочного никелевого сплава ЖС32-ВИ, полученного методом селективного лазерного сплавления на монокристаллической подложке // Материаловедение. 2017. № 11. С. 19–26.
17. Раевских А. Н., Чабина Е. Б., Петрушин Н. В., Филонова Е. В. Исследование структурно-фазовых изменений между монокристаллической подложкой и сплавом ЖС32-ВИ, полученным селективным лазерным сплавлением, после воздействия высоких температур и напряжений // Труды ВИАМ. 2019. № 1 (73). С. 10. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 05.02.2019). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-1-3-12.
18. Strano G., Hao L., Everson R. M., Evans K. E. Surface roughness analysis, modelling and prediction in selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213, No. 4. P. 589–597.
19. Суфияров В. Ш., Попович А. А., Борисов Е. В., Полозов И. А. Селективное лазерное плавление жаропрочного никелевого сплава // Цветные металлы. 2015. № 1. С. 79–84.
20. Суфияров В. Ш., Попович А. А., Борисов Е. В., Полозов И. А. Эволюция структуры и свойств жаропрочного никелевого сплава после селективного лазерного плавления, горячего изостатического прессования и термической обработки // Цветные металлы. 2017. № 1. С. 77–82.
21. Заводов А. В., Петрушин Н. В., Зайцев Д. В. Микроструктура и фазовый состав жаропрочного сплава ЖС32 после селективного лазерного сплавления, вакуумной термической обработки и горячего изостатического прессования // Письма о материалах. 2017. № 7 (2). С. 111–116. DOI: 10.22226/2410-3535-2017-2-111-116.
22. ГОСТ 10145–81. Металлы. Метод испытания на длительную прочность. — Введ. 02.09.1981.
23. Симс Ч. Т., Столофф Н. С., Хагель У. К. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. — М. : Металлургия, 1995. — 384 с.
24. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.